砂土液化（liquefaction of sand）是指飽水的粉土、砂土在振動作用下突然破壞而呈現液態的現象，由于孔隙水壓力上升，有效應力減小所導致的砂土從固態到液態的變化現象。
砂土液化的機理機制為：如果砂土中顆粒間存在摩擦阻力，砂土呈固體狀態；如果砂土顆粒間的接觸壓力等于或趨近于零，摩擦阻力也等于或接近于零，砂土就呈液體狀態。砂土液化主要有三種類型：滲透壓力引起的液化、單向加載或剪切引起的液化、往返加載或剪切引起的液化。影響砂土液化的因素很多，如砂土的地質成因和年代，顆粒的組成、大小、排列方式和形狀以及疏密程度等。防止砂土液化現象，可以利用高分辨率地質雷達、地震背景噪聲成像技術、電法勘探等技術進行監測，再輔以傳統的鉆探、標貫測試與實驗分析等，便可以準確有效地驗證砂土液化層的存在與危害性等。在中國1966年的邢臺地震，1975年的海城地震和1976年的唐山地震等幾次大地震中，均出現了顯著的砂土液化現象與災害。
相關定義
砂土液化是由于在外力或內力作用下，砂土顆粒間的接觸壓力和摩擦力喪失，導致砂土無法抵抗剪應力而發生的現象。液化后，孔隙水在超孔隙水壓力的作用下自下向上運動。如果砂土層上部沒有滲透性更差的覆蓋層，地下水會大面積溢出地表；如果有滲透性更弱的粘性土層，超孔隙水壓力超過蓋層強度時，地下水會攜帶砂粒沖破蓋層或沿蓋層裂隙噴出地表，形成噴水冒砂現象。地震、爆破、機械振動等都可以引起砂土液化現象，其中地震引起的范圍廣、危害性更大。
機理機制
從力學性質來說，物質在固體狀態下同時具有抵抗體變（體積應變）和形變（剪應變）的能力。這種能力在物質受到外力作用時，會在內部產生球應力張量和偏應力張量。而理想液體只具有抵抗體變的能力，對于形變則不具備抵抗能力。至于黏滯液體，它僅在形變運動過程中表現出與剪應變速率相當的剪應力。物質的液化過程，從力學觀點看，是物質的抗剪強度在特定條件下逐漸消失的過程。對于砂土，其抗剪強度主要來源于固體顆粒間的摩擦阻力。如果砂土顆粒間的摩擦阻力存在，那么砂土就處于固體狀態；一旦砂土顆粒間的接觸壓力趨近于零，摩擦阻力也會隨之趨近于零，導致砂土轉變為液體狀態。砂土的抗剪強度ts一般用下式表示：
式中σ’和σ分別為有效法向應力和總法向應力；φ’為有效應力內摩擦角；u為孔隙壓力。如果條件改變，使σ’或σ-u等于或趨近于零，也會使ts降低，以致砂土顆粒喪失粒間接觸壓力和摩擦力而造成液化。滲透水流和振動往往是砂土喪失摩擦力的主要原因。如在地震作用下，飽和松砂有被振密的趨勢，孔隙水壓力增高，當孔隙水壓力一旦超過上覆重量，砂粒便不再互相接觸，開始隨水流而翻滾，即發生液化（見圖）。如果外界條件改變，砂土顆粒之間的有效法向應力等于零或接近于零，干砂也會液化（如干砂可從漏斗中流出）。
研究進展
美國A.卡薩格蘭德在20世紀30年代就開始研究砂土液化現象。21世紀以后，H.B.希特等許多學者對此做了大量工作。中國學者早在20世紀50年代就倡議用動力三軸試驗進行液化研究。從邢臺大地震以來，大量砂土液化事例的出現，有力地推動了中國學者對地震液化的研究。
類型分類
砂土液化主要有三種類型：
1、滲透壓力引起的液化（或稱砂沸）。當砂土下部孔隙水壓力達到或超過上覆砂層和水的重量時，由于砂土顆粒之間的摩擦阻力消失，砂土確實可能發生上浮現象，導致其承載能力完全喪失。這一現象通常是由滲透水壓力引起的，因此在土力學中常常將其歸類為滲透穩定問題。但從物質狀態的角度來看，這也屬于液化的范圍。在天然條件下，這種砂沸現象通常發生在無載荷的地面上的砂層中。另外，在開挖基坑底面時也可能發生這種情況。地震時出現的地面噴水冒砂現象，主要就是由于下部砂層發生液化所導致的。
2、單向加載或剪切引起的液化（或稱流滑）。在單向剪切作用下，疏松的砂土顆粒骨架會發生不可逆的體積緊縮，也就是剪縮作用。同時，由于孔隙水無法及時排出，導致孔隙水壓力上升和有效應力下降。這種變化過程最終可能導致砂土轉化為液體狀態。這種現象主要出現在海岸、河岸以及土壩的飽和砂土邊坡中。
3、往返加載或剪切引起的液化（又稱往返運動性液化）。大地震中飽和砂土地基和邊坡的液化破壞是砂土液化現象的典型表現。此外，在機器基礎振動、爆破等動力作用下，也可能會引發這種現象。在往返剪切作用下，飽和砂土在剪應變較小時通常表現出剪縮現象，導致孔隙水壓力上升。然而，隨著剪應變的增大，中等密度以上的砂土就會出現剪脹現象。這是因為砂土顆粒在大剪應變時會相互翻滾，導致骨架體積增大。此時，孔隙水壓力會相應下降，而有效應力和剪阻力則會回升，從而抑制砂土的進一步變形。經過多次往返剪切，在小剪應變段，由于剪縮量和孔隙水壓力的累積，可能出現液化狀態。當飽和砂土足夠松時，甚至可能出現“無限度”的流動變形。
影響因素
影響砂土液化的因素確實非常復雜，涉及地質成因、顆粒組成、應力狀態、地震特性等多個方面。飽和砂土的地質成因和年代、顆粒大小、形狀和排列方式，以及疏密程度等因素都會對其液化特性產生影響。此外，應力狀態、應力歷史、滲透性、壓縮性、地震特性（如震級、震中距、持續時間）以及排水條件和邊界條件等也是重要的影響因素。
相關危害
砂土液化可以引起的災害有多種，其中破壞力較大的有兩種，一種是承載力失效，此時經常導致砂土液化層之上的地表建筑等負荷物沉陷到土壤中，而埋在地下的土壤或建筑，如地下室、貯水池等有時會漂浮到地面。另一種破壞力巨大的砂土液化是流動破壞，又被稱為流向塌方，這種情況下，大塊的土地以液體形式流動較長的距離，或整塊漂浮在液體之上，規模大，行進速度高，是對生命財產危害最大的一類砂土液化災害。
預防措施
首先應在區域性的基礎地質調查工作中，掌握可能出現砂土液化的地區、范圍和分布，然后通過進一步的詳細勘察，判斷可能出現液化的砂土層厚度與可能導致災害的嚴重程度，最后按照風險防控要求或工程地質規范制定科學防范的措施。如美國地質調查局，通過調查在1：2.5萬的地圖上標識出砂土液化易發區和易發程度，來指導國土空間用途管制以及城鎮和工程的規劃和建設。隨著科技的發展，也不斷有了很多新技術、新方法，如高分辨率地質雷達、地震背景噪聲成像技術、電法勘探等，可以有效提高城鎮區砂土液化勘測的效率，在確定了可能發生液化作用的砂土層范圍后，再輔以傳統的鉆探、標貫測試與實驗分析等，便可以準確有效地驗證砂土液化層的存在與危害性等。
災害事故
在中國，邢臺地震（1966年）、海城地震（1975年）和唐山地震（1976年）等大地震中，有些建筑物的破壞確實是由砂土液化造成的。類似的例子也在國際上發生過，例如美國阿拉斯加地震（1964年）和1964年新潟地震（1964年），以及石川縣地震（2024年），在這些地震中，砂土液化導致許多建筑物下沉、歪斜和毀壞，有的地下結構甚至浮升到地面。這些例子表明，砂土液化是一種嚴重的地質災害，對建筑物的安全和人類的生命財產構成了嚴重威脅。因此，研究砂土液化的影響因素和機理，對于防范和減輕地震等自然災害的影響具有重要意義。
參考資料 >
飽和砂土液化處理方法分析.中國期刊網.2024-01-03
維斯特洛大陸災害風險解密.今日頭條.2024-01-03
砂土液化.中國大百科全書出版社.2024-01-03
隱形的地震殺手——砂土液化.今日頭條.2024-01-03
日媒：日本震區道路出現“砂土液化”現象.百家號.2024-01-05